VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN CƠ HỌC
-----------------------------
BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CƠ SỞ
CẤP VIỆN CƠ HỌC NĂM 2017
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO
VÀO BÀI TOÁN DỰ BÁO
Chủ nhiệm Đề tài: TS. Nguyễn Chính Kiên
HÀ NỘI – 2017
DANH SÁCH CÁN BỘ THAM GIA THỰC
HIỆN ĐỀ TÀI
TT
Họ và tên
Phòng chuyên môn
1
TS Nguyễn Chính Kiên
Thủy động lực và Giảm nhẹ thiên
tai trong lưu vực
2
TS Nguyễn Tiến Cường
Thủy động lực và Giảm nhẹ thiên
tai trong lưu vực
3
CN Nguyễn Tuấn Anh
Thủy động lực và Giảm nhẹ thiên
tai trong lưu vực
i
MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT THƯỜNG SỬ DỤNG ...............................ii
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .................................................................... iv
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
I. GIỚI THIỆU VỀ MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ........................................................ 2
1.1 Khái niệm, mô hình và khả năng ứng dụng .......................................................... 2
1.2 Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp ...................................................................... 9
II. MỘT SỐ GIẢI THUẬT TỐI ƯU TRỌNG SỐ MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ... 14
2.1 Giải thuật Lan truyền ngược sai số ..................................................................... 14
2.2 Giải thuật Di truyền ............................................................................................. 20
2.3 Kết hợp các giải thuật .......................................................................................... 23
III. XÂY DỰNG PHẦN MỀM DỰ BÁO BẰNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ...... 26
3.1 Ngôn ngữ và giao diện phần mềm ...................................................................... 26
3.2 Mô đun giải thuật Di truyền ................................................................................ 29
3.3 Mô đun giải thuật Lan truyền ngược sai số ......................................................... 30
3.4 Kết hợp các giải thuật .......................................................................................... 31
3.5 Một số kỹ thuật xử lý .......................................................................................... 33
3.5.1 Kỹ thuật tính toán song song .................................................................... 33
3.5.2 Kỹ thuật phân tích dữ liệu đầu vào Wavelet ............................................. 43
IV. MỘT SỐ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ......................................................................... 47
4.1 Kết quả mô phỏng và dự báo thủy lực lưu vực đồng bằng sông Hồng .............. 47
4.2 Kết quả mô phỏng và dự báo thủy văn lưu lượng vào hồ ................................... 54
4.3 Kết quả mô phỏng và dự báo độ mặn tại vùng Tứ Giác Long Xuyên ................ 56
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 61
ii
DANH MỤC KÝ HIỆU,
CHỮ VIẾT TẮT THƯỜNG SỬ DỤNG
ANN
Artificial Neural Network - mạng thần kinh nhân tạo
AI
Trí tuệ nhân tạo
GA
Genetic Algorithm - Giải thuật Di truyền
BP
Backpropagation - Giải thuật Lan truyền ngược sai số
RMS
Sai số căn quân phương
NSE
Chỉ số đánh giá Nash-Sutcliffe
GPU
Đơn vị xử lý đồ họa
CUDA
Thư viện tính toán song song trên card đồ họa Nvidia
CWT
Biến đổi Wavelet liên tục
DWT
Biến đổi Wavelet rời rạc
TL
Thủy lực
iii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Các hàm kích hoạt thường được sử dụng ............................................................. 4
Bảng 2.1 Giá trị đầu vào và ra của bài toán XOR ............................................................. 23
Bảng 2.2 So sánh khả năng hội tụ của mạng khi sử dụng hai phương pháp học GA và BP
với sai số dừng lặp khác nhau ............................................................................................ 25
Bảng 3.1 Thông số card NVIDIA GeForce GTX 1060 6GB ............................................ 39
Bảng 3.2 Thông số các bài toán thử nghiệm. .................................................................... 41
Bảng 3.3 Thời gian tính trung bình của các bài toán thử nghiệm ...................................... 41
Bảng 4.1 Kết quả tính phương án 1 ................................................................................... 48
Bảng 4.2 Kết quả tính phương án 2 ................................................................................... 50
Bảng 4.3 Kết quả tính phương án 3 ................................................................................... 51
Bảng 4.4 Kết quả tính phương án 4 ................................................................................... 52
Bảng 4.5 Kết quả tính phương án 5 ................................................................................... 54
Bảng 4.6 Kết quả tính phương án dự báo lưu lượng vào hồ Hòa Bình ............................. 56
Bảng 4.7 Kịch bản và kết quả độ mặn tính toán của mô hình thủy lực ............................. 57
Bảng 4.8 Kết quả tính phương án tính mặn ...................................................................... 58